ИДЕНТИФИКАЦИОННАЯ КОДОВАЯ КАРТА Российский патент 1995 года по МПК G06K7/08 

Изобретение относится к носителям информации типа кредитных карт или карт, удостоверяющих личность владельца при покупке товара на условиях предварительно оплаченного кредита, или им подобных, содержащих встроенные в них интегральные схемы (ИС) и другую активную электронику и предназначенных для хранения и переноса цифровой информации при помещении их в устройства, использующие эту информацию, и взаимодействия с этими устройствами без механического перемещения, а именно к идентификационным кодовым картам, предназначенным для использования преимущественно в системах отпуска нефтепродуктов на автозаправочных станциях (АЗС), т.е. вне помещения в различных меняющихся условиях эксплуатации, в том числе при широких колебаниях температуры (-50^о. +40^оС) и влажности (до 100%) и в агрессивной среде (бензин, масла и различные добавки, соль, электролит). Предлагаемая кодовая карта может использоваться и в обычных условиях эксплуатации, например в системах, разрешающих доступ владельца в помещение или к информации в вычислительной машине.

Условия преимущественного использования предлагаемой кодовой карты (в системах отпуска нефтепродуктов на АЗС) предъявляют жесткие требования к конструкции карты и ее элементам, обеспечивающим подачу питания на карту и передачу с нее кодовой информации в считывающее устройство, ограничивающее их выбор.

Основные из этих требований следующие: карта должна обладать высокой помехозащищенностью и надежностью передачи кодовой информации в указанных условиях эксплуатации. Поэтому она не должна иметь открытых металлических или других проводящих поверхностей, во-первых, из-за их окисления, конденсации и намерзания на них влаги, загрязнения их бензином, маслами, пылью, во-вторых, из-за опасности выхода из строя встроенной в нее электроники за счет наведения статического электричества. Кроме того, она не должна содержать элементов, значительно изменяющих свои параметры или характеристики при изменениях температуры, или элементов с ограниченным сроком службы, требующих их частой замены (например, батарей, аккумуляторов).

Карта должна быть хорошо защищена от подделки или возможности записи неверной информации, так как используется в качестве кредитной при получении материальных ценностей. Поэтому она не должна работать в режиме записи информации.

Карта должна быть приспособлена к длительному использованию и не обременять своего владельца особыми условиями хранения, т.е. должна иметь малые габариты для хранения в кармане (в виде брелка), бумажнике (в виде пропуска, удостоверения личности) и быть устойчивой к ударным нагрузкам и вибрации.

Известна кредитная карта, содержащая блок постоянной памяти и блок питания.

Цель изобретения разработка конструкции идентификационной кодовой карты, которая имела бы небольшие габариты (карманного размера), была не обременительна при хранении, могла использоваться в агрессивной среде (электролит, соль, бензин, масла, различные добавки), свойственной АЗС, вне помещения в условиях значительных и резких изменений температуры, вибрации и возможных ударных нагрузок и обладала достаточно высокой помехозащищенностью и надежностью передачи кодовой информации.

Конструкция карты должна быть упрощена для увеличения ее надежности и, следовательно, срока службы.

Кроме того, при использовании двух оптических излучателей схема выборки кода и формирования кодового сигнала содержит последовательно соединенные делитель, счетчик и мультиплексор, информационный вход, прямой и инверсный выходы которого являются соответственно информационным входом и соответствующими информационными выходами указанной схемы, входом синхронизации и входом питания которой являются соответственно вход делителя и объединенные входы питания делителя, счетчика и мультиплексора.

Кроме того, оптические излучатели имеют различные длины волн излучения.

На фиг.1 показана структурная схема предложенной кодовой карты; на фиг.2 функциональная схема одного из вариантов ее реализации.

Идентификационная кодовая карта содержит блок 1 постоянной памяти, блок 2 выборки кода и формирования кодового сигнала, информационный вход которой соединен с выходом (информационным) блока 1, оптические излучатели 3 для оптоэлектронной связи со считывающим устройством, катушку 4 для индукционного приема энергии питания от считывающего устройства, выпрямитель 5, входы которого соединены с выводами катушки 4, а выходы с входами питания (обозначены буквой "Р") блока 1, блока 2 и оптических излучателей 3, информационный вход каждого из которых соединен с соответствующим информационным выходом блока 2, и формирователь 6 синхросигнала, вход которого соединен с одним из выводов катушки 4, а выход с входом синхронизации блока 2.

Блок 1 постоянной памяти реализован (см.фиг.2) в виде постоянного запоминающего устройства (ПЗУ-ROM), выполненного из парного числа секций, механически разрушаемых перемычек (обозначены на фиг.2 в виде переключателей SWO.SW63) и имеет 64 разряда. Первоначально перемычки подключены соответственно к плюсовой (логическая "1") и минусовой (корпусной, логический "0") шинам питания (на фиг.2 не обозначены), являющимся входами питания средств 1 памяти. После разрушения перемычек каждая секция (каждый разряд) оказывается подключенной либо к логической "1", либо к логическому "0". Биты всех секций образуют информационный выход блока 1.

Блок 2 выборки кода и формирования кодового сигнала содержит делитель частоты на 64, двоичный счетчик разрядностью 6, обеспечивающий счет до 64, и мультиплексор (коммутатор каналов) на 64 входа, которые являются информационным входом схемы 2, каждый из которых соединен с соответствующим битом секций ПЗУ. Мультиплексор выполнен с комплементарными буферными усилителями, токовые выходы которых являются прямым и инверсным (основным и дополнительным) выходами мультиплексора и соответствующими информационными выходами схемы 2.

Делитель частоты и счетчик на фиг.2 реализованы на одной интегральной схеме (ИС) КМОП структуры СД4020 (И1), предназначенной для счета пульсаций входного сигнала. Деление частоты на 64 обеспечивают младшие разряды 01.06 счетчика, выходы которых не используются. Счет до 64 обеспечивается на 6 старших разрядах 07.012 счетчика И1, тактовый вход (вход делителя) которого является входом синхронизации схемы 2. Три старших разряда 010.012 используются для выбора нужной ИС И3.И10 мультиплексора.

Деление частоты накачки питания необходимо в данном примере для согласования этой частоты с максимальными рабочими частотами переключения оптических излучателей 3. Для улучшения индуктивной связи со считывающим устройством требуется повышение частоты накачки питания, например, до 1 МГЦ, тогда как быстродействие используемых оптических излучателей 3 оказывается меньше.

Коммутатор каналов (мультиплексор на 64 входа) имеет девять восьмивходовых мультиплексоров (демультиплексоров КМОП-структуры СД4051 (М2.U10) и девять резисторов R2.R10. Адресные входы А,В,С демультиплексора U2 подключены к 3 старшим разрядам 010.012 счетчика М1, а выходы каналов (Х7.ХО) к входам разрешения 1NH мультиплексоров U3.U10, соединенным соответственно с одним из выводов резисторов R2.R9, другие выводы которых объединены и подключены к входу питания схемы 2. Адресные входы А,В,С ИС U3.U10 соответственно соединены между собой и подключены к младшей тройке разрядов 07.09 счетчика U1, а выходы (Х) объединены и соединены с резистором R10 и с входами буферных усилителей коммутатора каналов.

Резистор R10 обеспечивает установление определенного логического уровня на выходах схемы 2 в том случае, когда напряжение питания оказывается ниже минимального возможного для ИС схемы 2. Этот резистор может и отсутствовать.

Буферные усилители собраны на комплементарной паре биполярных транзисторов Т1 и Т2 (КТ 3102 и КТ 3107 соответственно) и обеспечивают усиление сигналов с выходов мультиплексоров U3.U10 для согласования по току (обеспечения достаточных токов) с излучателями 3. Базы транзисторов Т1 и Т2 являются входами усилителей, а коллекторы их токовыми выходами и соответствующими информационными выходами блока 2. Входы питания делителя и счетчика U1 и ИC U2.U10 мультиплексора (обозначены буквой Р) объединены (на фиг.2 не показано) и являются входами питания блока 2.

Структура блока 2 может быть и иной, например, содержать последовательно соединенные делитель, счетчик и мультиплексор, информационный вход, прямой и инверсный выходы которого являются соответственно, информационным входом и соответствующими информационными выходами схемы 2, входом синхронизации и входом питания которой являются соответственно вход делителя и объединенные входы питания делителя, счетчика и ИС мультиплексора. В такой схеме делитель и счетчик могут быть реализованы на отдельных ИС. Прямым выходом мультиплексора могут быть объединенные выходы (Х) ИС U3.U10, а инверсным выход инвертора, подключенного к указанным выходам (Х) ИС U3.U10. Буферные усилители в этом случае будут одинаковыми и могут быть вынесены из блока 2 и включены каждый на информационном входе соответствующего излучателя 3.

Приведенный пример иной структуры блока 2 указывает на то, что существенными являются сами функции блока 2 (выборка кода и формирование кодового сигнала), а не их реализация в виде различных конкретных структур.

Оптические излучатели 3 (основные и дополнительные) могут быть идентичны между собой (например, содержать по одному светодиоду типа АЛ107Б для излучения в ИК-диапазоне) или быть различными (например, AЛ107Б и КИПДО2А 1К) для получения излучений с различными длинами волн (в ИК- и видимом диапазонах). При использовании идентичных излучателей они разносятся для уменьшения взаимных помех на расстояние не меньше поперечного размера луча в плоскости расположения фотодетекторов считывающего устройства.

На фиг. 2 приведена другая конструкция идентичных излучателей 3, каждый из которых состоит из двух последовательно соединенных светодиодов АЛ107Б и КИПДО2А-1К. Излучатели 3 разнесены на указанное расстояние и подключены соответственно к прямому и инверсному информационным входам блока 2. Для обеспечения достаточного для работы светодиодов тока излучатели 3 на входе могут содержать буферные усилители. Кроме того, они могут иметь при необходимости фазосдвигающие схемы или элементы.

Катушка 4 для индукционного приема энергии питания от считывающего устройства имеет отвод от середины и общее число витков 90. В одной из реализаций катушка 4 с общим числом витков 46 выполнена на печатной плате идентификационной карты путем вытравливания и занимает площадь 30 х30 м².

Выпрямитель 5 выполнен по двухполупериодной схеме с выпрямительными диодами D2 и D3, стабилитроном D4 и фильтрующим конденсатором С2. Стабилитрон D4 ограничивает максимальную величину напряжения питания на выходе выпрямителя 5 при больших амплитудах наводимого в катушке 4 сигнала питания. В номинальном режиме работы карты ток через D4 близок к нулю. Возможны и другие реализации выпрямителя 5, например в виде мостовой схемы.

Формирователь 6 синхросигнала в данном примере конкретного выполнения не требует отдельного питания и содержит дифференциальную цепочку С1R1 и диод D1, предотвращающий появление отрицательных импульсов большой амплитуды на входе синхронизации блока 2.

В описанной на фиг. 2 схеме возможно использование в качестве U1 ИС К561ИЕ16, U2. U10 К561КП2, D1, D2, D3 высокочастотных (импульсных) диодов серии КД522, D4 КС156А, С2 0,1.0,15 мкФ, R2.R10 30.100 кОм. Цепочка R1C1 подбирается на частоту среза 1.2 МГц. Схема 2 работоспособна на частотах накачки питания до 1 МГц при эффективном напряжении питания схемы (+POWER) от 4,0 до 5,5 В и номинальном рабочем токе каждого излучателя 10.20 мА.

Предложенная на фиг. 2 схема допускает и интегральное исполнение. Была разработана специализированная ИС, включающая все элементы блока 2 и формирователя 6, выпрямительные диоды выпрямителя 5. Катушка 4 выполнена на печатной плате индентификационной карты. Все остальные элементы использованы в бескорпусном малогабаритном исполнении. ИС, конденсаторы, стабилитрон, светодиоды установлены на печатной плате, защищены специальными покрытиями и вместе с ней помещены в неразборный герметичный корпус из ударопрочного полистирола, имеющий максимальную толщину 5 мм.

Предлагаемая кодовая карта предназначена для использования совместно с устройством считывания. Считывающее устройство включает генератор сигнала питания, выходы которого подключены к передающей катушке, фотодетекторы для приема сигналов от оптических излучателей и преобразования их в электрические сигналы, усилители выходных сигналов фотодетекторов, блок обработки принятых кодовых сигналов, входы которого соединены с выходами соответствующих усилителей, и задающий (тактовый) генератор для тактирования работы блока обработки и управления генератором сигнала питания. В таком исполнении устройство считывания не имеет каких-либо особенностей функционирования по сравнению с прототипом или аналогами и содержит аналогичные элементы и блоки.

Предложенная идентификационная кодовая карта используется следующим образом.

При введении кодовой карты в устройство считывания (например, в гнездо соответствующего карте размера) катушка 4 карты располагается в области эффективного взаимодействия с передающей катушкой устройства считывания, а оптические излучатели 3 располагаются напротив соответствующих фотодетекторов (как и в прототипе). В результате в катушке 4 наводится переменная ЭДС от сигнала питания, излучаемого передающей катушкой. Переменное напряжение выпрямляется и сглаживается в выпрямителе 5 карты и подается в блоки 1,2,3 кодовой карты. В формирователе 6 происходит выделение из пульсаций этого напряжения коротких импульсов сигнала синхронизации, подаваемого на вход синхронизации блока 2, частота и фаза которого определяется сигналом питания. В ИС U1 блока 1 происходит деление частоты и счет импульсов сигнала синхронизации. В результате изменения состояния 2 старших разрядов 010.012 счетчика U1 сигнал разрешения низкого уровня поступает на вход 1NH одного из мультиплексоров U3.U10 c выхода Х демультиплексора U2, номер i (i= 0.7) которого определяется адресом на входах А,В,С, ИС U2.

Все остальные мультиплексоры, кроме этого, (например, U3) имеют на входах 1NН cигналы запрещения высокого уровня с соответствующих резисторов Р3. Р9. При изменении значений на выходах счетчика U1 происходит последовательное переключение входов мультиплексоров U3, обеспечивая соединение битов данных ПЗУ с общим выходом Х U3. Затем производится переключение на следующий мультиплексор, "выбирающий" следующую восьмерку битов данных ПЗУ и т.д.

Счетчик U1 обеспечивает циклическое повторение последовательности битов, записанной в ПЗУ, причем переключение на следующий цикл происходит через 64 импульса сигнала синхронизации. С помощью оптических излучателей 3 последовательности битов передаются в считывающее устройство, где соответствующие сигналы принимаются фотодетекторами, усиливаются и подаются в блок обработки принятых кодовых сигналов. Этот блок выполняет функции дешифрации, временного запоминания полученных кодовых комбинаций и останова приема данных при считывании кода карты целиком. Поскольку прием данных производится по нескольким каналам, то возможно сравнение полученной по различным каналам кодовой информации для повышения надежности дешифрации кода или же предварительное синхронное накопление сигналов с последующей дешифрацией кода.

Об останове приема данных считывающим устройством информируются схемы управления системы отпуска нефтепродуктов, которые могут получить считанную кодовую комбинацию, проверить ее правильность по своим данным и при наличии в базе данных АЗС информации о наличии денежных средств на лицевом счету клиента, достаточных для оплаты затребованного количества топлива, разрешить заправку автомобиля клиента. В блоке обработки принятых кодовых сигналов описанные функции реализуются программными средствами с помощью микроЭВМ или процессора.

Приведенные примеры предлагаемой идентификационной кодовой карты и описание ее использования указывают на промышленную применимость этого изобретения.

Вместе с тем, эти примеры нельзя рассматривать, как ограничение изобретения, ввиду вариативности реализации различных функциональных узлов карты. Эти примеры являются лишь иллюстрацией, позволяющей лучше понять сущность предлагаемого изобретения, которая включает различные варианты реализации и в наиболее полной мере описана в прилагаемой формуле изобретения.

Изобретение обеспечивает высокую помехозащищенность и надежность передачи кодовой информации с кодовой карты в считывающее устройство и в условиях эксплуатации на АЗС, т.е. в агрессивной среде, при значительных и резких изменениях температуры, наличии вибрации и ударных нагрузок. Это расширяет область применения карты. Вместе с тем она имеет небольшие габариты (карманного размера или в виде брелка), простую конструкцию, необременительна при эксплуатации и имеет высокую степень защиты от подделок.

Изобретение относится к носителям информации типа кредитных карт. Расширение области применения карты за счет обеспечения высокой помехозащищенности передачи кодовой информации с кодовой карты в считывающее устройство в условиях эксплуатации на автозаправочных станциях, т. е. в агрессивной среде, при значительных и резких изменениях температуры, наличии вибрации и ударных нагрузок, достигается за счет введения в устройство блока выборки и формирования кодового сигнала и формирователя синхросигнала. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. ИДЕНТИФИКАЦИОННАЯ КОДОВАЯ КАРТА, содержащая блок постоянной памяти, блок питания, выполненный в виде катушки индуктивности, выводы которой соединены с входами выпрямителя, выходы которого подключены к входам питания блока постоянной памяти и оптических излучателей, отличающаяся тем, что в нее введены блок выборки и формирования кодового сигнала и формирователь синхросигнала, входы питания которого соединены с выходами выпрямителя, информационный вход с одним из выводов катушки индуктивности, а выход с входом синхронизации блока выборки и формирования кодового сигнала, входы питания которого подключены к выходам выпрямителя, информационный вход к выходу блока постоянной памяти, а выходы к входам излучателей. 2. Кодовая карта по п. 1, отличающаяся тем, что блок выборки и формирования кодового сигнала содержит последовательно соединенные делитель частоты и счетчик, коммутатор каналов, выход которого соединен с входом усилителя тока, выходы которого являются выходами блока, вход делителя и информационные входы коммутатора каналов являются соответственно входом синхронизации и информационным входом блока, управляющие входы коммутатора каналов соединены с выходами счетчика, а входы питания делителя, счетчика и коммутатора каналов являются входами питания блока.